DE19534189A1 - Adaptive Federwickelvorrichtung und Verfahren dafür - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Federwickelvorrichtung und auf ein Verfahren zum Formen von Federn. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Federwickelvorrichtung und ein Verfahren zum Formen von Federn mit im allgemeinen reproduzierbaren Parame­ tern innerhalb enger Toleranzen.

Federwickelvorrichtungen zum Formen von Schraubenfedern sind bereits beschrieben worden. In dem US-Patent 4,893,491 von Ohdai et al. vom 16. Januar 1990 der Asahi-Seiki Manufacturing Co., Ltd., wird eine Federwickelmaschine und ein Verfahren zum Formen von Schraubenfe­ dern beschrieben. Ein Draht wird von einem Zufuhrstock gegen eine Formungsfläche zugeführt. Die Formungsfläche wird in eine Vorwärts­ position dicht an eine Spitze des Zufuhrstockes durch ein Antriebssystem einschließlich einer Nockenanordnung bzw. eines Nockenantriebs unter numerischer Steuerung bewegt. Wenn der Draht von dem Zufuhrstock gegen die Formungsfläche zugeführt wird, wird er gebogen. Durch Rotieren der Formungsfläche kann der von dem Zufuhrstock zugeführte Draht in verschiedene Richtungen derart gebogen werden, daß Schrau­ benfedern unterschiedlicher vorbestimmter Formen und Größen geformt werden. Nachdem die Schraubenfeder ihre vorbestimmte Form und Größe erreicht hat, wird die Formungsfläche von der Spitze des Zufuhr­ stockes durch das Antriebssystem und den Nockenantrieb zurückgezogen, und ein Schneidwerkzeug wird in eine vordere Position bewegt, um die geformte gewickelte Feder weg von dem von dem Zufuhrstock zugeführ­ ten Draht abzuschneiden.

Die Federwickelvorrichtung, welche in dem ′491 Patent von Ohdai et al beschrieben wurde, stellt verschiedene Schneid- und Biegewerkzeuge bereit, welche an einem Werkzeugmontierrahmen montiert sind. Diese Werkzeuge können relativ zur Spitze des Zufuhrstockes in derselben Art wie die Formungsfläche repositioniert werden. Der Werkzeugmontierrah­ men weist eine Öffnung auf, durch welche der Zufuhrstock reichen kann. Das ermöglicht es, daß die Werkzeuge montiert und in Richtung auf den Zufuhrstock gebracht werden können und von dem Zufuhrstock sowohl von den Vorder- als auch den Rückseiten des Werkzeugmontierrahmens zurückgezogen werden können. Durch Schaffen eines Mechanismus zum Montieren zahlreicher Werkzeuge in dichter Nähe zur Spitze des Zu­ fuhrstockes kann eine große Vielfalt von Biegungen hergestellt werden, wenn Schraubenfedern geformt werden. Des weiteren können durch Nutzung einer numerischen Steuerung der Vorrichtung Schraubenfedern geformt werden, welche eine Vielzahl von Abmessungen besitzen.

Wegen Variationen in den Abmessungen des Drahtes, Variationen der Steifigkeit der Federwickelmaschinen und Variationen des Verschleißes der Werkzeuge an den Maschinen ist es jedoch schwierig, eine Feder oder eine Gruppe von Federn für bestimmte Verwendungen zu formen, bei welchen enge Toleranzen benötigt werden. Das trifft zumindest teilweise zu, da die Formungsfläche der Federwickelmaschine lediglich relativ zur Spitze des Zufuhrstockes mit einer begrenzten Genauigkeit repositioniert werden kann.

Eine Rolle bzw. eine Walze oder eine Vielzahl von von dem Zufuhr­ stock zugeführten Drahtes, gleichgültig ob dieser einen runden, recht­ eckigen, tonnenförmigen oder irgendeinen anderen Querschnittaufbau aufweist, weist zahlreiche Variationen auf. Chemische Variationen existieren in Abhängigkeit von der Menge an Kohlenstoff, welcher in der chemischen Zusammensetzung des Drahtes enthalten ist. Die unter­ schiedlichen chemischen Zusammensetzungen variieren die Zugfestigkeit des Drahtes und ebenso den Elastizitätsmodul. Diese Drahtvariationen führen zur Schwierigkeit, Federn mit engen Toleranzen zu wickeln.

Differenzen bei der Schmierung des Drahtes ändern die Größe der Kraft, welche auf den Draht an der Formungsfläche angelegt werden muß, um den Draht wegen des unterschiedlichen Oberflächenzustandes und der Oberflächenfeinbearbeitung zu biegen. Diese Unterschiede in den Oberflächenzuständen und der Oberflächenfeinbearbeitung bzw. der Oberflächenqualität führt zu Variationen der Abmessungen der Schrau­ benfedern, wenn sie an der Formungsfläche geformt werden. Da der Draht Metall ist, kontrahieren bzw. expandieren Variationen der Tempe­ ratur den Draht in gewissem Maße, was zu weiteren Variationen in den Abmessungen der Schraubenfedern führt.

Viele Spannungen werden ebenso in eine Losgröße oder eine Rolle von Draht eingebracht, welche zur Formung von Federn verwendet werden. Nicht nur die Zugspannung variiert bei einer derartigen Losgröße von Draht wegen der Art, in welcher er gezogen wurde, sondern der Zieh­ prozeß bringt auch in den Draht unterschiedliche Verwerfungen und Verdrehungen ein. Des weiteren wird der Draht in einer großen Spule versendet. Deshalb wird der Draht verschiedene Verwerfungen und Verdrehungen über die gesamte Spule vom Inneren zum Äußeren auf­ weisen.

Außerdem werden viele Federn durch dieselben Werkzeuge und diesel­ ben Formungsflächen einer bestimmten Federwickelmaschine geformt. Infolge der wiederholten Kräfte, welche auf die Werkzeuge angelegt werden, variieren die Oberflächen der Werkzeuge im Laufe der Zeit in Reaktion auf den Verschleiß. Dieser Verschleiß führt zu zusätzlichen Unregelmäßigkeiten bzw. Inkonsistenzen, wenn Federn geformt werden.

Wegen der Variationen im Zustand oder anderer Parameter des Drahtes, des Verschleißes auf der Formungsfläche und auf anderen zur Biegung des Drahtes verwendeten Werkzeuge und der Variationen beim Positio­ nieren der Formungsfläche, wenn diese in der Nähe der Spitze des Zufuhrstockes repositioniert wird, treten beträchtliche Unregelmäßigkeiten verschiedener Parameter einzelner Schraubenfedern innerhalb irgendeiner speziellen Gruppe von Schraubenfedern auf. Bei vielen industriellen Anwendungen ist es notwendig, Schraubenfedern mit regelmäßigen Para­ metern innerhalb enger Toleranzen bereitzustellen. Diese Toleranzen müssen sowohl hinsichtlich individueller Windungen innerhalb einer einzigen Feder als auch hinsichtlich individueller Federn innerhalb einer Gruppe oder einer Losgröße von Federn eng sein. Anwendungen für Federn, welche derartige enge Toleranzen benötigen, schließen die Ver­ wendung bei Schlingfederkupplungen für Bürokopiermaschinen ein, wie z. B. solche, welche durch die Reell Precision Manufacturing Corporation, St. Paul, Minnesota, hergestellt werden.

Zahlreiche weitere Aspekte beim Wickeln von Federn können zu weite­ ren Unregelmäßigkeiten bei den Parametern einer einzigen Feder und/ oder einer Gruppe von Federn führen. Wenn z. B. eine Feder abge­ schnitten wird, nachdem sie durch eine Federwickelmaschine geformt wurde, wie oben beschrieben, wenn man die Feder von einem Abstand auf eine Oberfläche fallenläßt, wird Spannung hinzugefügt, und eine Erweiterung der Verteilung verschiedener Parameter tritt auf. Außerdem kann eine unregelmäßige Wärmebehandlung der Federn, nachdem sie durch die Formungsfläche gebogen wurden, zu zusätzlichen Variationen der Parameter der Schraubenfedern führen. Wenn Federn in einem Ofen angeordnet werden, in welchem die Federn bei einer Temperatur wärmebehandelt werden, welche kein gleichmäßiges Profil aufweist, können deshalb Variationen in den Abmessungen oder anderer Parameter der Feder auftreten.

Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Formen einer Feder oder Federn aus einem Draht. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zum Zuführen des Drahtes von einem festen Auslaß gegen eine Wickelfläche mit einem variablen Ort bezüglich des festen Auslasses, eine Einrichtung zum Überwachen des Draht es und zum Erzeugen von Ausgabesignalen, welche kennzeichnend für die physikali­ sche Charakteristik des umgebogenen Drahtes sind, eine Steuereinrichtung zum Empfangen der Ausgabesignale und zum Erzeugen von Signalen als eine Funktion davon und eine Betätigungseinrichtung auf, welche auf die Steuersignale zum Einstellen des Ortes der Wickelfläche derart anspricht, daß die physikalische Charakteristik im wesentlichen gleichmäßig während des Formens der Feder oder der Federn beibehalten wird. Der feste Auslaß richtet den Draht in einem Weg, von welchem der Draht durch die Wickelfläche abgelenkt wird, so daß der Draht gebogen wird.

Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen schließt die Überwachungsein­ richtung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Position des Drahtes ein, welche kennzeichnend für den Durchmesser der Spule ist. Die Erfassungseinrichtung weist vorzugsweise einen linearvariablen Diffe­ rentialtransducer auf, der relativ zu dem festen Auslaß der Zufuhrein­ richtung angeordnet ist, durch welche der Draht zugeführt wird.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Erfassungs­ einrichtung einen Laser zum Richten von Laserstrahlen auf eine Ober­ fläche des Drahtes und eine Einrichtung zum Empfangen der Reflexion der Laserstrahlen auf. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Erfassungseinrichtung eine induktive Meßvorrichtung auf, welche relativ zu dem festen Auslaß positioniert ist. Außerdem weist die Betätigungseinrichtung vorzugsweise einen piezoelektrischen Translator zum Einstellen der Wickelfläche auf.

Außerdem weist ein Verfahren zum Formen einer Feder aus einem Draht das Macropositionieren bzw. Grobpositionieren der Wickelfläche von einer Position in Relation zu einem festen Drahtauslaß auf. Der Draht wird überwacht, und Ausgabesignale werden erzeugt, welche kennzeichnend für die physikalische Charakteristik des umgebogenen Drahtes sind. Die Position der Wickelfläche wird dann microadjustiert bzw. feineingestellt, und zwar in Reaktion auf die als eine Funktion der Ausgabesignale erzeugten Steuersignale derart, daß die physikalische Charakteristik im wesentlichen gleichmäßig beibehalten wird, während die Feder geformt wird.

Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Formen einer Vielzahl von Federn geschaffen. Eine erste Feder wird durch Zuführen des Drahtes durch den festen Draht­ auslaß gegen die Wickelfläche geformt, wobei der Draht mit der Wickel­ fläche umgelenkt bzw. abgelenkt wird, um den Draht zu biegen. Die Wickelfläche wird von dem Ort in Relation zu dem festen Drahtauslaß zurückgezogen, nachdem eine erste Feder geformt wurde. Die Wickel­ fläche wird grobpositioniert im wesentlichen bezüglich des Ortes der Wickelfläche, und zwar vor dem Zurückziehen. Der Ort der Wickel­ fläche vor dem Zurückziehen und nachdem macropositioniert wurde, wird erfaßt, und Positionssignale, die kennzeichnend dafür sind, werden er­ zeugt. Die Wickelfläche wird feineingestellt, nachdem grobpositioniert wurde, und zwar als eine Funktion der Positioniersignale bezüglich des Ortes, welcher vor dem Zurückziehen erfaßt wurde, um eine zweite Feder zu formen.

Diese und zahlreiche weitere Vorteile und neue Merkmale, welche die vorliegende Erfindung charakterisieren, werden unter speziellem Bezug in den Ansprüchen und dem nachfolgenden Beschreibungsteil herausgearbei­ tet. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung, ihrer Vor­ teile und weiterer Ziele, welche durch ihre Verwendung erreicht werden, wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, welche einen weiteren Teil der Beschreibung bilden, sowie den die Zeichnungen beschreibenden Teil, in welchem ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung veranschaulicht und beschrieben ist.

In den Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugsziffern entsprechende Teile des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung innerhalb aller verschiedenen Figuren kennzeichnen, zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht verschiedener Elemente, welche beim Formen einer Feder aus einem Draht verwendet werden;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, welches eine elektrische Prinzipschaltung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3A eine Perspektivansicht einer beispielhaften Feder; und Fig. 3B, 3C und 3D stellen eine Perspektivansicht, eine Endansicht bzw. eine Draufsicht einer weiteren beispielhaften Schraubenfeder dar;

Fig. 4 eine schematische Ansicht der Werkzeuge, welche in Fig. 1 gezeigt sind, bei variierter Position der Werkzeuge und zusätzli­ chen Elementen für den Federformungsprozeß;

Fig. 5A, 5B, 5C und 5D eine Vorderansicht, eine Draufsicht bzw. Endansichten des piezoelektrischen Translators und des Piezo-Schiebekontaktes der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein Flußdiagramm des Verfahrens des Wickelns einer Feder gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7 ein Flußdiagramm zum Steuern eines Parameters der Feder; wenn diese geformt wird, entsprechend dem Flußdiagramm von Fig. 6.

Die adaptive Federwickelvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird nun im allgemeinen unter Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben. Die Fig. 1 und 2 zeigen in prinzipieller bzw. in Blockform einen adaptiven Feder­ wickler 10 mit einem einstellbaren Wickelpunkt zum Formen von Federn, wie z. B. einer Schraubenfeder; entsprechend Fig. 3. Der adaptive Feder­ wickler 10 weist eine numerisch gesteuerte Standardfederwickelmaschine 12 gemäß Fig. 2 mit einem Zufuhrstock 14 zum Zuführen eines Drahtes 16 aus einem festen Auslaß 18 gegen ein Wickelwerkzeug 20 auf. Das Wickelwerkzeug 20 weist einen Wickelpunkt 22 mit einer Wickelfläche 24 zum Ablenken bzw. Umbiegen des Drahtes auf, um den Draht zu biegen, um eine Feder 30 zu formen. Der Federwickler 10 weist des weiteren ein System 11 zum Einstellen des Wickelpunktes auf, wenn eine Feder geformt wird.

Das Wickelwerkzeug 20 weist des weiteren einen piezoelektrischen Trans­ lator-Gleitkontakt 26 auf, welcher Teil des Systems 11 zum Einstellen des Wickelpunktes 22 ist. Der Piezo-Gleitkontakt 26 ist mit dem Wic­ kelpunkt 22 und der Federwickelmaschine 12 über einen Antriebsmecha­ nismus und eine Nockenanordnung bzw. Exzentergetriebeanordnung 28 verbunden, welche schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. Ein linearvaria­ bler Differentialtransducer (LVDT) 32 wird verwendet, um eine Position des Drahtes 16 zu erfassen, wenn eine Feder 30 geformt wird, und zum Bereitstellen von Ausgabesignalen an den Computer 40, welcher Steuersig­ nale zum Steuern eines piezoelektrischen Translators 50 (siehe Fig. 5) erzeugt, welcher funktionell an dem Piezo-Gleitkontakt 26 befestigt bzw. montiert ist. Der piezoelektrische Translator 50 nimmt eine Feinein­ stellung des Wickelpunktes 22 als eine Funktion der Ausgabesignale von dem LVDT 32 vor; nachdem die numerisch gesteuerte Federwickelma­ schine 12 den Wickelpunkt 22 in einem Punkt zum Ablenken des Drah­ tes 16 durch die Wickelfläche 24 gebracht hat.

Ein Laser 54 des Systems 11 ist vorgesehen, um die Position der Wickel­ fläche 24 vor einem Zurückziehen des Wickelpunktes durch die Feder­ wickelmaschine 12 zu erfassen, nachdem eine erste Feder geformt wurde. Der Laser 54 erzeugt Positionssignale, welche einem Computer 40 zu­ geführt werden, um Steuersignale für den piezoelektrischen Translator 50 zu erzeugen, welcher funktionell an dem Piezo-Gleitkontakt 26 montiert ist. Wenn der Wickelpunkt 22 eingebracht wird, um eine zweite Feder durch die numerisch gesteuerte Federwickelmaschine 12 zu formen, adjustiert der piezoelektrische Translator 50 in Reaktion auf die Steuersig­ nale, welche als eine Funktion der durch den Laser 54 erfaßten Positio­ nen erzeugt wurden, den Wickelpunkt 22, so daß der Wickelpunkt an der Position ist, welche vor dem Zurückziehen erfaßt wurde.

Der adaptive Federwickler 10 wird des weiteren detailliert unter Bezug auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben. Die Fig. 1 und 2 zeigen den adapti­ ven Federwickler 10 in schematischer bzw. in Blockform. Eine Standard­ federwickelmaschine 12 wird verwendet. Vorzugsweise ist die Standardfe­ derwickelmaschine eine Asahi-Seiki NTF2, welche durch die Asahi-Seiki Manufacturing Company, Limited, Aichi, Japan, hergestellt wird. Die Standardfederwickelmaschine 12 ist eine numerisch gesteuerte Maschine, welche das Wickeln von Federn steuert. Eine Maschine wie die NTF2 ist in dem US-Patent 4,893,491 von Ohdai et al der Asahi-Seiki Manu­ facturing Company beschrieben, welche hier vollständig durch Bezugnah­ me einbezogen sein soll.

Die numerisch gesteuerte Federwickelmaschine 12 weist einen Zufuhr­ stock 14 mit einem festen Auslaß 18 auf, durch welchen Zufuhrwalzen 34 einen Draht 16 in einen Weg davon führen. Unter numerischer Steuerung werden zahlreiche Werkzeuge in spezielle Positionen bezüglich des festen Auslasses 18 gebracht, um eine Feder 30 zu formen. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind ein Wickelwerkzeug, ein Schuhbiege-Vorrichtungs­ werkzeug 42, ein Schuhüberbiege-Werkzeug 38, ein Trennwerkzeug 36, ein LVDT 32 und ein Biegedorn 45 Werkzeuge, welche in spezielle Orte bezüglich des festen Auslasses 18 gebracht werden. Wenn z. B. die numerisch gesteuerte Wickelmaschine 12 mit dem Formen einer ersten Feder beginnt, werden die Zufuhrwalzen 34 in Gang gesetzt, und der Draht 16 wird durch den festen Drahtauslaß 18 zugeführt. Das Wickel­ werkzeug 20 wird eingebracht, um eine 1/4-Windung zu formen. Das Wickelwerkzeug 20 wird dann entfernt, und die Schuhbiegevorrichtung 42 und der Biegedorn 45 werden in eine Position bezüglich des festen Auslasses 18 gebracht, um einen ersten Schuh 81 zu beginnen (siehe Fig. 3). Danach wird das Schuhbiege-Vorrichtungswerkzeug 42 aus einer Position bezüglich des festen Auslasses 18 zurückgezogen, und das Schuh­ überbiege-Werkzeug 38 wird verwendet, um das Biegen des ersten Schu­ hes 81 in eine gewünschte Form zu Ende zu bringen. Das Schuhüber­ biege-Werkzeug 38 und der Biegedorn 35 werden dann zurückgezogen, und das Wickelwerkzeug 20 wird an einen Ort stromabwärts von dem festen Auslaß positioniert, welcher bezüglich des festen Auslasses 18 variabel sein kann, um ein Formen eines Wicklungskörperabschnittes 87 der Schraubenfeder 30 zu beginnen. Nachdem der Wicklungskörper­ abschnitt 87 geformt wurde, wird das Wickelwerkzeug 20 durch die numerisch gesteuerte Maschine 12 zurückgezogen. Nachdem eine kurze Zeitperiode verstrichen ist, während welcher die Feder 30 von dem Draht 16 abgetrennt wird, wird der Prozeß wiederholt und eine zweite Feder geformt. Während der Formung der zweiten Feder nimmt das Wickelwerkzeug 20 unter Steuerung der Maschine 12 ein Grobpositionie­ ren der Wickelfläche 24 zum Schaffen des Hauptwicklungskörpers der zweiten Feder vor. Da die Federwickelmaschine die Wickelfläche le­ diglich grobpositioniert, wird eine Feder geformt, welche Variationen des äußeren Durchmessers des Hauptwicklungskörpers von etwa 0,0762 mm (0,003 Inch) aufweisen kann.

Es versteht sich, daß jegliche Anzahl und/oder Variationen von Werkzeu­ gen vorgesehen und bezüglich des festen Auslasses 18 positioniert werden kann, um verschiedene gewünschte Größen, Formen und Typen von Federn zu schaffen und zu formen. Zum Beispiel ist der Federwickler nicht auf das Formen von Schraubenfedern beschränkt. Federn mit konischer Form oder Federn, welche mit einem kleinen Durchmesser beginnen und dann auf einen größeren Durchmesser anwachsen, können ebenfalls unter Steuerung der Schraubenwickelmaschine 12 geformt werden. Außerdem könnte die Wickelfläche auch eine Zweipunkt-Wickel­ fläche zum Formen verschiedener Federn sein.

Es versteht sich ebenfalls, daß der Typ des verwendeten Drahtes eben­ falls viele Variationen aufweisen kann. Zum Beispiel können Drähte mit rundem, rechteckigem oder tonnenförmigem Querschnittaufbau verwendet werden, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es versteht sich, daß Schraubenfedern vieler Typen und Größen mit dem vorliegenden adaptiven Federwickler 10 hergestellt werden können. Konventionelle Schraubenfedern mit einem regelmäßigen inneren Durch­ messer oder äußeren Durchmesser können aus einer großen Vielfalt von Drähten hergestellt sein.

Ein Typ einer Feder, welche hergestellt werden kann, ist in Fig. 3A gezeigt. Die Schraubenfeder 31 ist eine Feder mit Doppeldurchmesser; welche einen ersten Abschnitt 80 aufweist, der einen inneren Durch­ messer besitzt, welcher größer ist als der innere Durchmesser eines zweiten Abschnittes 82. Die äußeren Durchmesser des ersten und des zweiten Abschnittes weisen ebenfalls verschiedene Abmessungen auf. Die Federwickelmaschine 12 kann eine Feder mit verschiedenen Abmessungen unter numerischer Steuerung erzeugen und kann leicht eine Feder mit einem Körperabschnitt einer einzigen Größe mit einem einzigen inneren und äußeren Durchmesser aufweisen, wie in Fig. 3B gezeigt.

Die in den Fig. 3B-3D gezeigte Feder 30 mit einem Körperabschnitt 87 mit einem einzigen inneren und äußeren Durchmesser wird aus Gründen der Einfachheit für den Rest der Beschreibung des bevorzugten Aus­ führungsbeispiels verwendet. Die Feder 30 weist einen Körperabschnitt 87 mit einem äußeren Durchmesser 88 und einem inneren Durchmesser 84 entlang des gesamten Körperabschnittes 87 der Länge 90 auf. Die Schraubenfeder 30 weist eine bestimmte Anzahl von Windungen 83, 85 auf, von denen jede einen inneren Durchmesser 84 und einen äußeren Durchmesser 88 besitzt. Der Schuh 81 ist zur Verbindung der Schrau­ benfeder mit ihrem speziellen Anwendungsort ausgebildet. Zum Beispiel kann der Schuh die Verbindungsstelle der Feder in einer elektrischen Kupplung bilden, welche bei Kopiermaschinen verwendet wird, welche Papier wiederholt und kontinuierlich ausstoßen. Bei einer derartigen Anwendung müssen die Federn in engen bzw. genauen Toleranzen hergestellt sein und müssen bezüglich der gesamten Abmessungen regel­ mäßig sein. Die Abmessungen, insbesondere der innere und der äußere Durchmesser; der Windungen 83 müssen regelmäßig bezüglich der Ab­ messungen der Windungen 85 sein. Die Abmessungen der Feder 30 müssen nicht nur insgesamt einer speziellen Feder selbst regelmäßig sein, sondern die Abmessungen der Federn in einer Gruppe oder einer Los­ größe müssen ebenfalls regelmäßige Parameter aufweisen. Wegen der Notwendigkeit, daß die Parameter innerhalb enger Toleranzen und Regelmäßigkeit sind, wird der numerisch gesteuerte Federwickler 12 mit anderen Elementen kombiniert, wie sie nachfolgend erklärt werden, um den adaptiven Federwickler 10 zu bilden.

Der adaptive Federwickler 10, wie er in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, weist zusätzlich zu dem numerisch gesteuerten Federwickler 12 ein System 11 zum Schaffen einer Steuerung des Wickelpunktes 22 derart auf, daß verschiedene Parameter der Schraubenfeder 30 durch Einstellen des Wickelpunktes 22 und somit der Wickelfläche 24 gesteuert werden können, wenn die Feder geformt wird. Der adaptive Federwickler 10 weist einen Computer 40 auf, vorzugsweise einen Compaq 386s, 20 Megahertz-Computer; welcher Signale von dem LVDT 32 empfängt.

Der LVDT 32 ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein digita­ ler Schaevitz DTR-451 Transducer mit einem PCA-499 Sensor. Der LVDT 32 wird, wie in Fig. 4 gezeigt, positioniert zur Messung von Para­ metern der Schraubenfeder 30. Der LVDT 32 erfaßt die Position des Drahtes, wenn er von der Wickelfläche 24 umgelenkt wird, während die Schraubenfeder 30 geformt wird. Die Erfassung des Drahtes wird relativ zum festen Auslaß 18 hergestellt und gibt ein Signal aus, welches kenn­ zeichnend für eine physikalische Charakteristik des umgelenkten bzw. abgelenkten Drahtes ist. Die Position des Drahtes kann irgendwo stromabwärts von dem festen Auslaß 18 erfaßt werden, gleichgültig ob vor oder nach dem Ablenken durch die Wickelfläche 24. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der LVDT 32 so angeordnet, daß der innere Durchmesser 84 der Schraubenfeder 30 erfaßt wird, nachdem der Draht 16 von der Wickelfläche 24 umgelenkt wurde, um einen Teil des Hauptwicklungskörpers 87 der Schraubenfeder 30 zu bilden. Der innere Durchmesser 30 ist dabei der Parameter; welcher für eine Abmessungs­ variation gesteuert wird. Der innere Durchmesser wird durch Erfassen des freien Wicklungsradius gemessen, und zwar eine Hälfte des Durch­ messers.

Der innere Durchmesser ist nicht der einzige Parameter; welcher durch den adaptiven Federwickler 10 unter Verwendung des Positionserfassungs- LVDT 32 gesteuert wird. Messungen zum Steuern des Außendurch­ messers werden ebenfalls durch Positionieren des LVDT bezüglich des äußeren Durchmessers ausgeführt. Wenn beide Parameter zu verschiede­ nen Zeiten gesteuert werden sollen, kann ein LVDT sowohl an dem inneren als auch dem äußeren Durchmesser zur Erfassung von deren Positionen angeordnet sein.

Analoge Signale, welche proportional der Änderung des durch den Sensor 33 des LVDT 32 gemessenen Abstandes sind, werden einer Eingabe/Ausgabe-Schaltung 48 über eine Signalkonditionierschaltung 35 bereitgestellt, wodurch die analogen Signale von dem LVDT 32 durch einen Analog/Digital-Wandler 52 digitalisiert werden. Ein festgelegter Bezugspunkt für derartige Messungen ist bekannt, und der LVDT 32 zeigt mittels der digitalisierten Signale, welche der CPU 62 unter Steue­ rung einer Software 64 zugeführt werden, an, daß der Sensor 33 des LVDT 32 an einem unterschiedlichen Punkt ist. Ein Proportional-Inte­ gral-Differential-Standardsteueralgorithmus (PID) wird als der Steueralgo­ rithmus zur Erzeugung von Steuersignalen als eine Funktion der digitali­ sierten analogen Signale von dem LVDT 32 verwendet. Diese digitalen Steuersignale werden der Eingabe/Ausgabe-Schaltung 48 durch die CPU 62 bereitgestellt und werden in ein Analogsignal durch einen Digital/ Analog-Wandler 56 gewandelt. Die analogen Steuersignale werden dann dem Verstärker 46 zugeführt, um zum Antreiben des piezoelektrischen Translators 50 verstärkt zu werden, welcher funktionell an dem Piezo- Gleitkontakt 26 befestigt ist, um die Wickelfläche 24 feinzupositionieren, um den inneren Durchmesser 84 der Schraubenfeder 30 gleichmäßig beizubehalten, wenn die Feder geformt wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Verstärker 46 eine Kepco-BOP-100-4M-Ener­ gieversorgung.

Die durch den LVDT 32 ausgeführte Positionserfassung, welche kenn­ zeichnend für Änderungen der Parameter der Feder ist, kann durch andere Vorrichtungen ebenfalls ausgeführt werden. Ein Lasergeber kann durch Abschießen von Strahlen auf einen Punkt auf dem Draht ver­ wendet werden. Reflektierte Strahlen werden durch einen Laserstrahlde­ tektor empfangen. Im Stand der Technik bekannte Triangulationstechni­ ken werden angewendet, um Abstandsänderungen aufgrund der Erfassung der reflektierten Strahlen zu messen.

Ein induktiver Sensor kann ebenfalls zur Positionserfassung von Materia­ lien auf der Basis von Eisen verwendet werden. Es gibt weitere zahlrei­ che Wege, um die Position des Drahtes zu erfassen, welche kennzeich­ nend für Parameter der Feder ist, wenn die Feder geformt wird, wobei das Auflisten nur einiger dieser Arten keineswegs die Erfindung auf diese bekannten Vorrichtungen beschränkt.

Der piezoelektrische Translator 50 ist funktionell an einem Piezo-Gleit­ kontakt 26 befestigt, um den Wickelpunkt 22 und aufgrund dessen die Wickelfläche 24 bezüglich des festen Auslasses 18 feinzupositionieren. Der Piezo-Gleitkontakt 26 mit dem daran montierten piezoelektrischen Translator 50 ist in Fig. 5 gezeigt. Beim bevorzugten Ausführungsbei­ spiel ist der piezoelektrische Translator eine piezoelektrische 844.60 LVPZ-Betätigungseinrichtung der Physik Intrumente GmbH und Company. Der piezoelektrische Translator 50 kann sich um etwa 0,0889 mm (0,0035 Inch) bewegen; weshalb er ein Feineinstellen, und zwar im Gegensatz zum Grobpositionieren, des Wickelpunktes 22 zum Steuern der Ablen­ kung des Drahtes 16 derart vornehmen kann, daß der in Reaktion auf die Positionserfassung durch den LVDT 32 gesteuerte Parameter im wesentlichen während des Formens der Feder gleichmäßig beibehalten wird. Das Grobpositionieren bzw. Macropositionieren des Wickelpunktes wird unter Steuerung der Standardfederwickelmaschine 12 ausgeführt.

Fig. 5 zeigt den Piezo-Gleitkontakt 26 mit dem daran montierten piezo­ elektrischen Translator 50, und zwar in einer Vorderansicht (Fig. 5A), einer Draufsicht (Fig. 5B) und Endansichten (Fig. 5C und 5D). Der Piezo-Gleitkontakt 26 weist eine erste Seite 72 auf, welche funktionell mit dem Wickelpunkt 22 verbunden ist. Eine zweite Seite 74 ist mit dem numerisch gesteuerten Federwickler 12 mittels einer Nockenanord­ nung und einem Antriebsmechanismus 28 verbunden, welcher durch die numerisch gesteuerte Federwickelmaschine 12 gesteuert wird. Der Gleit­ kontakt 26 weist einen Spalt 76 auf, damit der Wickelpunkt mittels des piezoelektrischen Translators 50 feineingestellt bzw. micropisitoniert werden kann. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Piezo- Gleitkontakt etwa 152,4 mm (6 Inch) lang, und der Spalt ermöglicht eine Bewegung des piezoelektrischen Translators 50 um eine Entfernung von etwa 0,0889 mm (0,0035 Inch). Die erste Seite 72 ist zu der zweiten Seite 74 durch Stifte 75 angepaßt. Der piezoelektrische Translator 50 ist in einer Montagegewindebohrung 78 und einer Montagebohrung 77 angeordnet. Wenn Steuersignale vom Verstärker 46 empfangen werden, antwortet der piezoelektrische Translator 50 darauf und bewegt die Seite 72 relativ zur Seite 74, wenn die Seite 74 bezüglich des Antriebs- und Nockenanordnungssystems 28 fest ist. Diese Bewegung wird in ein Micropositionieren der Wickelfläche 24 umgesetzt. Der piezoelektrische Translator 50 kann die Wickelfläche 24 bei 400 Hz micropositionieren, während der adaptive Federwickler 10 eine Feder bei einer Geschwindig­ keit von 50 m/min formt. Es versteht sich, daß der Translator auch die Form eines magnetostriktiven oder elektrostriktiven Translators haben könnte.

Die detaillierte Beschreibung des adaptiven Federwicklers 10 ist soweit bezüglich des Formens einer einzigen Feder beschrieben worden. Um die Parameter beim Start des Formens einer zweiten Feder zu steuern, sind zusätzliche Elemente des Systems 11 zur Einstellung des Wickel­ punktes 22 vorgesehen. Nachdem eine erste Feder geformt worden ist, wird der Wickelpunkt 22 aus seiner Position bezüglich des festen Aus­ lasses 18 durch die numerisch gesteuerte Federwickelmaschine 12 zurück­ gezogen. Ein Abtrennwerkzeug 36 wird dann verwendet, um die erste Feder vom Draht 16, welcher von dem Zufuhrstock 14 zugeführt wird, abzutrennen. Um den Wickelpunkt 22 in eine Position zu bringen, daß der Hauptwickelkörper einer zweiten Feder mit einem regelmäßigen Startparameter geformt werden kann, ist bei dem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel ein Laser 54 für den inneren Durchmesser vorgesehen, welcher äquivalent dem Durchmesser 84 der ersten Feder ist.

Der Laser 54 wird verwendet, um die Position der Wickelfläche 24 vor dem Einziehen oder Zurückziehen des Wickelpunktes 22 und dem Ab­ trennen der ersten Feder zu erfassen. Der Laser; vorzugsweise ein Keyence LC2100 sendet drei Strahlen von einem Laserstrahlabschnitt 66 unter Steuerung einer Laserbox 68 aus verschiedenen Winkeln auf einen einzigen Punkt auf eine Wickelfläche 24 aus. Der Laserstrahlabschnitt 66 empfängt die reflektierten Strahlen. Signale bezüglich der Winkel der reflektierten Strahlen werden der Laserbox 68 zugeführt, welche unter Verwendung der Triangulation zur Erzeugung von Signalen manipuliert werden, welche kennzeichnend für den Abstand des Wickelpunktes 22 von dem Laser 54 sind. Ein Abstandspositionssignal wird durch die Laserbox 68 bereitgestellt und über eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung 58 der CPU 62 zugeführt. Ein digitales Abstandssignal wird durch die CPU 62 unter der Steuerung der Software 64 erzeugt. Dieses Abstandssignal wird der Eingabe/Ausgabe-Schaltung 48 zugeführt, welche ihrerseits dieses aus einem digitalen Signal in ein analoges Abstandssteuersignal durch den Digital/Analog-Wandler 56 wandelt. Das analoge Signal wird dem Verstärker 46 zugeführt, welcher das Signal zum Antreiben des piezoelek­ trischen Translators 50 und zum Micropositionieren der Wickelfläche 24 verstärkt.

Der Laser 54 mißt den Abstand der Wickelfläche 24 bezüglich des Lasers 54 vor dem Zurückziehen des Wickelpunktes 22 durch die nume­ risch gesteuerte Federwickelmaschine 12 nach dem Formen der ersten Feder und speichert diese Messung in einem nicht gezeigten Speicher; welcher dem Computer 40 zugeordnet ist. Wenn der Wickelpunkt 22 in Position bezüglich des festen Auslasses 18 durch die numerisch gesteuerte Federwickelmaschine 12 zur Formung der zweiten Feder gebracht wurde, erfaßt der Laser 54 den Abstand der Wickelfläche 24, nachdem er in eine derartige Position gebracht worden ist, und stellt ein Abstandssignal zum Vergleich mit dem Ort vor dem Zurückziehen bereit. Das digitale Abstandssignal wird als eine Funktion des Vergleiches zum Steuern des Micropositionierens der Wickelfläche 24 innerhalb eines Bereiches von 1/1000 mm (40 Millionstel eines Inches) mittels des piezoelektrischen Translators 50 erzeugt.

Deshalb werden die Parameter; welche in Reaktion auf das Positions­ erfassen durch den LVDT 32 gesteuert werden, während die Feder geformt wird, an dem Anfangspunkt der Formung der zweiten Feder durch Micropositionieren der Wickelfläche 24 unter Verwendung des Lasers 54 gesteuert. Sobald eine korrekte Position des inneren Durch­ messers 84 durch den LVDT erfaßt ist, schaltet der Computer 40 von dem Lasersignal ab und verwendet dann das LVDT-Signal zum Bereit­ stellen der Steuerung des piezoelektrischen Translators 50 und zum Steuern des Parameters der zweiten Feder; wenn diese geformt wird. Die Position der Wickelfläche 24, welche durch den Laser 54 gemessen wird, kann ebenfalls durch andere Raummeßvorrichtungen gemessen werden, wie z. B. LVDTs, Induktionssensoren, usw.; somit ist diese Erfin­ dung nicht auf die Verwendung des Lasers 54 beschränkt.

Bezgunehmend auf die Fig. 1-5 und unter weiterer Bezugnahme auf die Flußdiagramme der Fig. 6 und 7 ist ein Verfahren zum Formen einer Feder und einer Vielzahl von Federn beschrieben. Nach Initialisierung führt die numerisch gesteuerte Federwickelmaschine 12 den Draht 16 mittels der Zufuhrwalzen 34 durch den Zufuhrstock 14 zum festen Auslaß 18 und in einen Weg zu, welcher sich stromabwärts von dem festen Auslaß 18 erstreckt. Das Wickelwerkzeug 20 wird eingebracht, um eine 1/4-Windung zu formen. Das Wickelwerkzeug wird dann entfernt, und die Federwickelmaschine 12 positioniert dann das Schuhbie­ gevorrichtungs-Werkzeug 42 und den Biegedorn 45, um den Draht von seinem Weg abzulenken, um die Formung eines anfänglich geraden Schenkels für den Schuh 81 (Fig. 3) zu beginnen. Wenn der gewünschte Schuh 81 erreicht ist, wird das Schuhbiegevorrichtungs-Werkzeug 42 von dem Biegedorn 45 und dem festen Auslaß 18 zurückgezogen, und das Schuhüberbiege-Werkzeug wird nach vorn gebracht, um den anfänglichen geraden Schenkel in die gewünschte Form des ersten Schuhs 81 gemäß Fig. 3 zu biegen.

Nachdem der Schuh 81 geformt worden ist, werden alle verbleibenden Schuhbiege-Werkzeuge von dem festen Auslaß 18 zurückgezogen, und der LVDT 32 wird in Position gebracht, um das Überwachen des Drahtes zu beginnen, um Signale zum Steuern der Parameter für den inneren Durchmesser der Feder 30 auszugeben. Der Wickelpunkt 22 wird in einem Ort bezüglich des festen Auslasses 18 mittels der numerisch gesteuerten Federwickelmaschine 12 mittels der Nockenanordnung und dem Antriebsmechanismus 28 grobpositioniert, welcher funktionell mit dem Wickelpunkt durch den Piezo-Gleitkontakt 26 verbunden ist. Das Grobpositionieren des Wickelpunktes 22 und somit der Wickelfläche 24 erlaubt die Formung einer Feder mit einem Durchmesser mit Abmes­ sungsvariationen von etwa 0,0762 mm (0,003 Inch). Der LVDT 32 wird derart positioniert, daß der Sensor 33 des LVDT 32 an einem Ort ist, welcher dem gewünschten inneren Durchmesser 84 der Schraubenfeder 30 entspricht. Der LVDT kann verwendet werden, um den Außendurch­ messer oder den Innendurchmesser der Schraubenfeder 30 zu steuern, wenn die Schraube 30 aus dem Draht 16, wie zuvor beschrieben, geformt wird.

Wie in Fig. 6 gezeigt, wird der Wickelpunkt 22 des Wickelwerkzeuges 20 bezüglich der letzten Werkzeugposition von der zuvor geformten Feder feinpositioniert, nachdem der LVDT 32 positioniert wurde. Indem die erste Feder geformt wird, wird eine festgelegte Position verwendet, um die Wickelfläche 24 dazu feinzupositionieren, wohingegen beim Formen zusätzlicher Federn die letzte Werkzeugposition verwendet wird, wie sie durch den Laser 54 gemessen wird. Die folgenden Schritte: Microposito­ nieren des Wickelwerkzeuges bezüglich der letzten Werkzeugposition (oder der festgelegten Bezugsposition, wenn eine erste Feder geformt wird), Starten der Zufuhr für den Hauptwickelkörper; wenn gültige Daten an dem LVDT 32 vorhanden sind, und Anhalten der Zufuhr- und Durchmessersteuerung werden durch ein Signal von der numerisch gesteu­ erten Federwickelmaschine 12 in Gang gesetzt, wie es in dem Flußdia­ gramm gemäß Fig. 7 gezeigt ist.

Nachdem ein Signal empfangen wurde, um die Durchmessersteuerung des Hauptwickelkörpers der Feder gemäß Fig. 7 zu beginnen, wird anschlie­ ßend der Laser 54 verwendet, um die Wickelfläche 24 des Wickelwerk­ zeuges 20 bezüglich der letzten Position des Werkzeuges feinzupositionie­ ren, wenn eine zweite Feder geformt wird, oder bezüglich der festgeleg­ ten Bezugsposition, wenn eine anfängliche erste Feder geformt wird. Der Laser 54 erfaßt den Ort der Wickelfläche 24 als grobpositioniert durch den numerisch gesteuerten Federwickler 12, um den Hauptwickel­ körper 87 zu formen. Der Computer 40 unter der Steuerung der Soft­ ware 64 empfängt die Abstandssignale von der Lasermessung. Wie zuvor beschrieben, erzeugt der Computer 40 ein Abstandssteuersignal, was dem Verstärker 46 und dem piezoelektrischen Translator 50 zugeführt wird, welcher funktionell in dem Piezo-Gleitkontakt 26 angebracht ist, um den Wickelpunkt 22 bezüglich der Position des Wickelwerkzeuges 20 nach der Formung einer ersten Feder feinzupositionieren, oder wenn die anfäng­ liche erste Feder gerade gebildet wird, bezüglich der festgelegten Bezugs­ position. Das Abstandssteuersignal für die Formung der anfänglichen ersten Feder wird durch Vergleich der Lasermessung mit der festgelegten Bezugsposition erzeugt, während es für jede zusätzliche Feder durch Vergleich mit der Position erzeugt wird, welche durch den Laser 54 vor dem Zurückziehen des Wickelpunktes 22 nach der Formung eines Haupt­ wickelkörpers einer vorhergehenden Feder gemessen wird.

Der Draht 16 wird dann zur Formung des Hauptwickelkörpers der Schraubenfeder 30 zugeführt. Wenn gültige Daten an dem LVDT 32, welcher an dem inneren Durchmesser positioniert ist, vorhanden sind, wird angezeigt, daß Signale von dem Laser 54 unterbrochen werden können und daß die Durchmessersteuerung während der Formung des Hauptwickelkörpers erreicht ist als eine Funktion der Positionserfassung durch den LVDT 32, wie es nachfolgend beschrieben wird und wie es bezüglich des Federwicklers 10 zuvor beschrieben wurde.

Der LVDT 32 ist jetzt an einer Position, um mit dem Steuern des Durchmessers der Schraubenfeder 30 durch Einstellung zu beginnen, welche durch den piezoelektrischen Translator 50 als eine Funktion von Signalen von dem LVDT ausgeführt werden. Indem der LVDT 32 kontinuierliche Messungen durchführt, biegt die Wickelfläche 24 des Wickelpunktes 22 den Draht 16 aus seinem Weg vom festen Auslaß 18 um, um eine Schraubenfeder 30 mit einem äußeren Durchmesser 88 und einem inneren Durchmesser 84 zu bilden. Die Wickelfläche 24 liegt in einer zweiten Ebene, welche in einem Winkel von etwa 10 bis 15° relativ zu einer ersten Ebene liegt, welche quer zu dem Weg des Drah­ tes 16, welcher gerade von dem festen Auslaß 18 zugeführt wird, liegt. Ein derartiger Winkel ist in Abhängigkeit von den gewünschten Parame­ tern der Schraubenfeder vorbestimmt.

Der an dem Durchmesser der nun sich formenden Feder 30 angeordnete LVDT erfaßt, ob es eine Änderung der Position des Drahtes gibt, und zwar mittels des Sensors 33 des LVDT 32. Ein Signal, was kennzeich­ nend dafür ist, wird erzeugt. Das analoge Signal wird durch den Com­ puter 40 empfangen, welcher Steuersignale mittels einer Einrichtung eines Standardalgorithmus erzeugt, wie zuvor beschrieben. Die Steuersignale werden einem Verstärker 46 zum Antreiben des piezoelektrischen Trans­ lators 50 zugeführt, welcher funktionell in dem Piezo-Gleitkontakt 26 montiert ist. Da der Rest der Schraubenfeder 30 geformt wird, liefert deshalb der LVDT 32 Signale bei einem Minimum von 400 Hz zur Steuerung der Parameter; welche er überwacht, um deren Variationen zu korrigieren.

Wie in Fig. 7 gezeigt, werden, wenn die Feder geformt wird, statistische Werte berechnet und ausgedruckt, welche die Variationen der Änderung der Parameter der Schraubenfeder 30 zeigen. Außerdem wird der Innendurchmesser 84 der Feder durch den LVDT 32 gesteuert, bis das Signal von der numerisch gesteuerten Federwickelmaschine 12 beseitigt bzw. entfernt wird, welches anzeigt, daß eine gewünschte Länge 90 der Schraubenfeder 30 erreicht worden ist, und der Draht 16, welcher von dem festen Auslaß 18 zugeführt wird, wird angehalten. Die Durchmes­ sersteuerung, welche in Fig. 7 gezeigt ist, wird für jede Feder rückge­ führt, welche geformt wird, bis das Verfahren beendet wird.

Die Größe der Feder; die Parameter der Feder; die Länge der Feder und die Variationen innerhalb der Feder; z. B. eines ersten Abschnittes 80 mit einem größeren Durchmesser als der zweite Abschnitt 82, wie es in Fig. 3A gezeigt ist, werden durch Grobpositionieren des Wickelpunktes mittels der numerisch gesteuerten Federwickelmaschine 12 bereitgestellt. Ein Feineinstellen durch den piezoelektrischen Translator 50 steuert die Parameter derart, daß Variationen in den Parametern reduziert werden können. Die Steuerung des Wickelpunktes 22 über eine Einrichtung des piezoelektrischen Translators 50 korrigiert Variationen im Wickelprozeß infolge einer Maschinenvariation, eines Werkzeugverschleißes und einer Drahtvariation, wie zuvor beschrieben im Einführungsabschnitt zu dieser Erfindung.

Sobald eine Feder im Hinblick auf ihre gewünschten Parameter geformt worden ist, wird die Schraubenfeder durch ein Trennwerkzeug 36 von dem Draht 16, welcher von dem festen Auslaß 18 zugeführt wird, abge­ schnitten. Wenn die Schraubenfeder 30 von dem Draht, welcher vom festen Auslaß 18 zugeführt wird, abgeschnitten wird, wird die bezüglich der Fig. 6 und 7 beschriebene Prozedur wiederholt, um zusätzliche Federn zu formen. Eine zweite Feder wird durch Erfassen der Position des Wickelpunktes 22 durch den Laser 54 vor einem Zurückziehen des Wickelpunktes 22 von seinem Ort bezüglich des festen Auslasses 18 begonnen, und zwar nach der Formung der ersten Feder. Ein anfäng­ licher erster Schenkel wird geformt, und das Wickelwerkzeug wird wie­ derum mittels der numerischen Federwickelmaschine 12 grobpositioniert, um ein Formen einer zusätzlichen Feder zu beginnen, nachdem es als eine Funktion von Signalen von dem Laser 54 feinpositioniert wurde.

Nachdem die Schraubenfeder 30 von dem Draht 16 abgetrennt wurde, wird die Schraubenfeder 30 sanft zu einem Spannungsbeseitigungsofen 70 mittels eines Haltefühlers 44 und einer Rutsche 60, welche schematisch in Fig. 4 gezeigt sind, transportiert. Der Haltefühler 44 ergreift die Schraubenfeder; nachdem sie durch das Trennwerkzeug 36 abgetrennt wurde, und plaziert die Schraubenfeder 30 sanft in eine Rutsche 60, welche diese zum Ofen 70 transportiert, wie es schematisch in Fig. 4 gezeigt ist. Dieses sanfte Transportieren eliminiert ein Vergrößern der Variationen der Parameter der Schraubenfeder infolge von Spannung, welche der Feder zugefügt wird, indem diese auf einer Unterlage oder einem Gegenstand aufschlägt, nachdem die Schraubenfeder abgetrennt wurde.

Der Ofen 70 ist ein Ofen für eine kontinuierliche Wärmebehandlung, welcher durch die Dispatch Industries, Minneapolis, Minnesota, ausgelegt wurde. Der Ofen 70 ist ein Ofen für einen kontinuierlichen Durchfluß, welcher ein gleichmäßiges Temperaturprofil über dem gesamten Bereich derart schafft, daß jede Feder; welche durch den Ofen läuft, in derselben Art und Weise wärmebehandelt wird. Der Ofen weist einen Förderrie­ men auf, welcher mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 40,6 mm pro Minute (1,6 Inch pro Minute) läuft. Der Ofen behält ebenfalls ein regelmäßiges Temperaturprofil über den gesamten Riemen bei. Eine derartige konsistente Wärmebehandlung reduziert Variationen der Para­ meter der Schraubenfedern. Der Durchflußofen ist im wesentlichen eingeschlossen bzw. umhüllt, und die Federn werden vorzugsweise bei einer Temperatur von 260°C + oder -1°C (500°F) wärmebehandelt. Die Schraubenfeder wird etwa 20 Minuten lang behandelt.

Wenn der adaptive Federwickler 10 eine Vielzahl von Federn formt, wird alle vier bis sieben Sekunden eine Feder abgetrennt, was das Zurückziehen des Wickelwerkzeuges 20 und das Repositionieren des Wickelwerkzeuges erfordert, nachdem jede Feder geformt wurde. Der Draht wird durch die Zufuhrwalzen 34 mit etwa 50 Meter pro Minute zugeführt. Das gesamte System 11 läuft bei etwa 400 Hz, und Messun­ gen von dem LVDT 32 und dem Laser 54 werden bei 400 Hz aufge­ nommen, wobei der piezoelektrische Translator entsprechend adjustiert ist. Numerisch gesteuerte Standardfederwickelmaschinen, welche lediglich ein Grobpositionieren des Wickelpunktes 22 anwenden, können keine solche Schraubenfeder 30 mit einer Regelmäßigkeit und engen Toleranzen erzielen, wie sie durch den adaptiven Federwickler 10 mit dem zuvor beschriebenen Feinpositionieren bzw. Micropositionieren geschaffen wer­ den. Eine derartige Regelmäßigkeit wird bezüglich der Parameter der Schraubenfeder 30 von Windung zu Windung einer einzelnen Feder und ebenso von Feder zu Feder geschaffen. Unter Verwendung des adapti­ ven Federwicklers 10 ist der Außendurchmesser einer Feder innerhalb einer Standardabweichung von etwa 5,08 × 10^-3 mm (0,00020 Inch) steuerbar; im Gegensatz zu etwa 14 × 10^-3 mm (0,00055 Inch), wenn keine Micropositioniersteuerung verwendet wird, was eine mehr als 200%ige Verbesserung darstellt. Dimensionstests unter Verwendung eines Micrometers am Außendurchmesser wurden bei 32 Federn ausgeführt, wenn der Innendurchmesser gesteuert wurde, und die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle I gezeigt.

Tabelle I

Außerdem kann der Außendurchmesser einer einzigen Schraubenfeder von Windung zu Windung regelmäßig bei Variationen von weniger als 25,4 × 10^-3 mm (1/1000 Inch) beibehalten werden, wenn ein Microposi­ tionieren angewendet wird.

Innerhalb der gesamten obigen Beschreibung des bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels wird die Steuerung eines Durchmessers der Schraubenfe­ dern angesprochen, und zwar entweder des Innendurchmessers oder des Außendurchmessers. Andere Federparameter von Federn sind gleicher­ maßen wichtig, einschließlich Torsion, Kompression und Dehnung der Federn.

In derselben Weise wie das Micropositionieren des Wickelwerkzeuges zum Steuern der Parameter des inneren und des äußeren Durchmessers kann die Kompression ebenfalls durch Micropositionieren eines Anstell­ werkzeuges bzw. Pitchwerkzeuges oder einer Wickelfläche gesteuert werden, während eine Kompressionsfeder bzw. Druckfeder geformt wird. Anstelle der Verwendung eines LVDT zur Messung der Position des Außendurchmessers der Feder zur Steuerung der Position des Wickel­ punktes 22 und somit der Wickelfläche 24 erfaßt ein Kraftsensor eine Kraft des umgelenkten bzw. abgelenkten Drahtes, welche kennzeichnend für eine Kompression ist, wenn die Feder geformt wird. Die erfaßten Kräfte werden verwendet, um die Steigung bzw. Anstellung der Wickel­ fläche zu steuern, wenn der Draht 16 von dem festen Auslaß 18 zu­ geführt wird, um Änderungen der Kompression beim Wickelprozeß infolge der Maschinenvariation, des Werkzeugverschleißes und der Draht­ variation auszugleichen.

Die durch den Kraftsensor ausgeführten Messungen werden zur Steuerung eines piezoelektrischen Translators an einem Anstellsteuerwerkzeug oder einem Wickelflächenwerkzeug verwendet, und zwar in einer ähnlichen Art, wie der piezoelektrische Translator 50 funktionell an dem Piezo- Gleitkontakt 26 montiert und durch den Computer 40 gesteuert wird, wenn ein Durchmesser einer Schraubenfeder gesteuert wird. Die An­ stellung des Drahtes wird gesteuert, wenn er aus seinem Weg vom festen Auslaß 18 abgelenkt wird. Kraftsensoren, wie z. B. Dehnungsmesser; werden zur Messung derartiger Kräfte infolge der Formung der Feder und zum Bereitstellen von Signalen an den Computer 40 verwendet, und zwar in einer Art wie der LVDT 32 verwendet wird, um die Position zu erfassen, welche kennzeichnend für den Durchmesser ist. Der Laser 54 wird dann noch verwendet, um das Formen einer Druckfeder bei einer korrekten Anstellung zu beginnen, und zwar ähnlich der anfänglichen Durchmessersteuerung, wenn eine Schraubenfeder geformt wird. Ein LVDT oder ein Laser können ebenfalls verwendet werden, um Ablenkun­ gen bzw. Verformungen von bekanntem Material zu erfassen, um Kräfte zu bestimmen.

Die Kompression einer Druckfeder kann ebenfalls durch Variieren des Durchmessers der Feder in Reaktion auf die Kraft, welche durch einen Dehnungsmesser oder eine ähnliche Krafterfassungsvorrichtung erfaßt wird, gesteuert werden. Wenn die Kräfte der gerade geformten Feder sich ändern, und zwar als Funktion der Kompression, werden Signale, welche kennzeichnend für die Kräfte sind, einem Computer zugeführt, und Steuersignale, welche dadurch erzeugt werden, steuern die Microposi­ tionierung der Wickelfläche, um einen Durchmesser der Feder zu variie­ ren, wodurch die Kompression gesteuert wird.

Die Torsion einer Torsionsfeder und die Dehnung einer Zugfeder können ebenfalls durch Variieren des Durchmessers der Feder in Antwort auf die Kraft gesteuert werden, welche durch einen Dehnungsmesser oder eine andere ähnliche Erfassungsvorrichtung erfaßt wird. Wenn sich die Kräfte der Torsions- oder Zugfeder; welche gerade geformt wird, ändern, und zwar als Funktion einer Änderung der Torsion oder der Dehnung, werden Signale, welche kennzeichnend für die Kräfte sind, einem Compu­ ter zugeführt, und Steuersignale, welche dadurch erzeugt werden, steuern das Micropositionieren der Wickelfläche, um den Durchmesser der Torsions- oder Zugfeder zu variieren, wodurch die Torsion oder die Deh­ nung gesteuert wird.

Es versteht sich jedoch, daß, obwohl zahlreiche Charakteristiken der vorliegenden Erfindung in der vorstehenden Beschreibung ausgeführt worden sind, und zwar zusammen mit Details des Aufbaus und der Funktion der Erfindung, die Offenbarung illustrativ ist und Änderungen im Hinblick auf Reihenfolge, Form, Größe und Anordnung der Teile innerhalb der Prinzipien der Erfindung und in vollem Maße ausgeführt werden können, wie es durch die breite allgemeine Bedeutung der Begriffe gekennzeichnet ist, in welchen die beigefügten Ansprüche defi­ niert sind.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Formen einer Feder aus einem Draht, welche aufweist:
eine Einrichtung zum Zuführen des Drahtes von einem festen Aus­ laß gegen zumindest eine Wickelfläche mit einem variablen Ort bezüglich des festen Auslasses, wobei der feste Auslaß den Draht in einem Weg richtet, wobei der Draht von dem Weg durch die Wic­ kelfläche abgelenkt wird, damit der Draht gebogen wird;
eine Einrichtung zum Überwachen des Drahtes durch direktes Erfas­ sen des Drahtes, wenn der Draht aus dem Weg durch die Wickel­ fläche abgelenkt wird, und zum Erzeugen von Ausgabesignalen, welche kennzeichnend für eine physikalische Charakteristik des abgelenkten Drahtes sind;
eine Steuereinrichtung zum Empfangen der Ausgabesignale und zum Erzeugen von Steuersignalen als eine Funktion davon; und
eine Betätigungseinrichtung, welche auf die Steuersignale zum Ein­ stellen des Ortes der Wickelfläche derart anspricht, daß die physika­ lische Charakteristik im wesentlichen gleichmäßig während des For­ mens der Feder beibehalten wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Überwachungsein­ richtung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Position des Drahtes aufweist, welche kennzeichnend für einen Durchmesser der Feder ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Betätigungseinrichtung einen piezoelektrischen Translator zum Einstellen der Wickelfläche aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Überwachungsein­ richtung eine Einrichtung zum Erfassen einer Kraft des abgelenkten Drahtes aufweist, welche kennzeichnend für eine Kompression, Tor­ sion und/oder Dehnung der Feder ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Überwachungsein­ richtung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Position des Drahtes aufweist, welche kennzeichnend für eine Steigung der Feder ist.

6. Eine Losgröße, eine Gruppe oder eine große Menge von Federn, welche eine Vielzahl von Federn aufweist, welche gemäß dem Ver­ fahren nach Anspruch 7 hergestellt wurden, bei welchen die physi­ kalische Charakteristik ein Durchmesser jeder der Federn ist, wobei die Vielzahl der Federn eine Verteilung der Durchmesser mit einer Standardabweichung von zumindest 1/2 der für eine Standardabwei­ chung einer ähnlichen Vielzahl von Federn aufweist, welche nicht gemäß dem Verfahren nach Anspruch 7 geformt wurden.

7. Verfahren zum Formen einer Feder aus einem Draht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Positionieren von zumindest einer Wickelfläche an einem Ort be­ züglich eines festen Drahtauslasses;
Zuführen eines Drahtes durch den festen Drahtauslaß und gegen die Wickelfläche, um so den Draht mit der Wickelfläche abzulenken, und den Draht zu biegen;
Erfassen einer physikalischen Charakteristik des Drahtes durch direk­ tes Erfassen des Drahtes, wenn der Draht aus dem Weg durch die Wickelfläche stromabwärts von dem festen Drahtauslaß abgelenkt wird, welche kennzeichnend für einen Parameter des abgelenkten Drahtes ist, und Erzeugen von Ausgabesignalen, welche kennzeich­ nend dafür sind; und
Einstellen des Ortes der Wickelfläche als Funktion der Ausgabesig­ nale, derart, daß der Parameter im wesentlichen gleichmäßig wäh­ rend des Formens der Feder beibehalten wird.

8. Feder; welche gemäß dem Verfahren nach Anspruch 7 hergestellt ist, bei welcher der Parameter ein Durchmesser der Feder ist, wobei der Durchmesser der Feder regelmäßig von einer ersten Windung der Feder zu einer zweiten Windung der Feder ist.

9. Feder; welche gemäß dem Verfahren nach Anspruch 7 hergestellt wurde, bei welcher der Parameter eine Steigung der Feder ist, wobei die Steigung der Feder regelmäßig von einer ersten Windung der Feder zu einer zweiten Windung der Feder ist.

10. Feder; hergestellt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 7, bei welcher der Parameter eine Kraft ist, welche kennzeichnend für eine Kompression, Torsion und/oder Dehnung der Feder ist, wobei die Kraft kennzeichnend für eine Kompression, Torsion und/oder Deh­ nung der Feder ist.